Источник: Інформатика та комп'ютерні технології - 2007 / Матеріали III науково-технічної конференції молодих учених та студентів. - Донецьк, ДонНТУ - 2007, с. 77-78.
Одним из направлений решения задачи безопасности является применение искробезопасных систем передачи и использования электроэнергии. Электрические цепи таких систем безопасны по своей сути и не требуют дополнительной защиты.
Электрические цепи считаются искробезопасными, когда разряды или термическое воздействие, которое возникает в нормальном и при аварийном режиме работы электрооборудования, не приводит к возгоранию взрывоопасной смеси.
Искробезопасность можно достигнуть ограничением значений тока и напряжения цепи, скорости изменения напряжения на коммутирующих контактах, а также при сокращении длительности электрических разрядов. [1]
1.Обеспечение искробезопасности ограничением тока и напряжения.Обеспечение искробезопасности путем уменьшения напряжения и тока разряда ограничивает величину мощности нагрузки до единиц ватт в безреактивных и долей ватта в индуктивных цепях. Такой способ искробезопасности применяют в потребителях с малой искробезопасной мощностью, например в цепях датчиков. Для питания искребезопасных схем логики, и особенно исполнительных элементов, такой мощности недостаточно.
2.Обеспечение искробезопасности ограничением скорости изменения напряжения. Для ограничения скорости нарастания напряжения используют шунты. Данный способ осуществляется за счёт задания скорости расхождения контактов, коммутирующих цепь. При любой заданной скорости расхождения контактов и токе коммутируемой цепи можно выбрать шунтирующую емкость, при которой напряженность поля в межконтактном промежутке будет ограничена настолько, что не будет происходить ионизация газа в межконтактном промежутке и разряд после размыкания цепи не возникает. Значение емкости, обеспечивающей безыскровое размыкание, зависит от скорости расхождения контактов.
Применение емкостных шунтов обеспечивает при повышении скорости безыскровое размыкание, а следовательно, воспламенение газовой смеси может произойти при медленном размыкании, где для воспламенения требуется выделение большей энергии в разряд, а следовательно, и большая мощность цепи.
Использование ограничения скорости нарастания напряжения на выходе источников питания повышает искробезопасную мощность источников питания как с линейной, так и с нелинейной характеристиками в полтора, два раза.
Применение диодно-емкостных шунтов для индуктивных нагрузок, ограничивающих значение и скорость нарастания напряжения на разряде, позволяет независимо от величины индуктивности реализовать в нагрузке всю мощность, которую выделяют источники питания с линейной и нелинейной характеристиками.
3.Отключение источника энергии при аварийном изменении параметров цепи. В настоящее время отключение источника энергии широко применяют при достижении тока в цепи выше заданного (предельного по условию искробезопасности) значения. Использование источников питания, отключающихся при достижении в цепи максимального искробезопасного тока, позволяет увеличить искробезопасную мощность нагрузки примерно в четыре раза по сравнению с источниками питания с линейным огреничением тока и в полтора, два раза по сравнению с источниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой.
Несмотря на увеличение искробезопасной мощности нагрузки, такой способ искробезопасности применяют не часто. Ограниченное применяется способ,основанный на отключении источника энергии при увеличении выходного напряжения источника, а также при изменении индуктивности цепи. Отключение источника питания при нарушении искробезопасных свойств нагрузки, например при повреждении искрогасящих шунтов, до настоящего времени практически не применяется.
4.Отключение источника энергии при коммутации цепи. Отключение источника энергии при коммутации цепи есть наиболее эффективный способ искробезопасности, позволяющий за счет сокращения длительности разряда и ограничения выделяемой в разряде энергии увеличить искробезопасную мощность цепи до десятков ватт. Одной из основных задач при обеспечении искробезопасности с помощью отключения источника является выделение сигнала при коммутации цепи. Рассмотрим особенности искробезопасности, выделяя сигнал при изменении тока цепи, напряжения и частоты на выходе источника питания.
4.1 Обеспечение искробезопасности при контроле изменения тока цепи. Для отключения источника питания широко применяются тиристоры. Для обеспечения искробезопасности необходимо сопротивление источника питания выбирать таким, чтобы ток в режиме к.з. был достаточный для включения тиристора. Если требуется меньшее сопротивление источника питания,то необходимо дополнительно применять устройство, отключающее источник при уменьшении сопротивления цепи до значений, при которых искрозащита не срабатывает. Параметры дросселя и тиристора должны обеспечивать сигнал, достаточный для включения тиристора при увеличении сопротивления нагрузки до значений, при превышении которых искробезопасность обеспечивается за счет ограничения мощности цепи.
4.2 Обеспечение искробезопасности при контроле изменения напряжения. При выделении коммутационного сигнала путем контроля изменения напряжения на выходе источника необходимо, как и при контроле изменения тока в цепи, согласовывать чувствительность устройства искрозащиты с сопротивлением нагрузки так, чтобы при искроопасных значениях тока цепи обеспечивалось надежное включение устройства искрозащиты.
4.3 Обеспечение искробезопасности путём контроля частоты выходного напряжения источника питания.В данном способе искробезопасности учитывается скачкообразное изменение напряжения в самом начале разряда,которое можно представить в виде гармонических составляющих. Выделив эти гармоники с помощью фильтра верхних частот, можно воздействовать выделенным сигналам на устройство искрозащиты.
5.Осуществление искробезопасности за счёт формирования специальной формы питающего напряжения. Ограничение длительности электрического разряда, а следовательно, и выделяемой в разряде энергии достигается, если энергия от источника питания к нагрузке передается в виде импульсов, причем энергия одного импульса должна быть недостаточной для воспламенения газовой смеси, а между импульсами создаются условия, при которых прекращается электрический разряд.
Повышение искробезопасной мощности из-за кратковременного отключения источника энергии можно использовать и в цепях переменного тока. При этом после каждого полупериода питающего напряжения обеспечивается отключение источника на время, за которое происходит прекращение разряда.